中国机械工程

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2022, 33(15): 0.

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SiCf/SiC陶瓷基复合材料单颗磨粒磨削试验研究

殷景飞, 徐九华, 丁文锋, 苏宏华, 曹洋, 何静远

2022, 33(15): 1765-1771. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.001

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对碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（SiCf/SiC）进行了单颗磨粒磨削试验，研究了脆性去除模式下磨削中侧边崩碎规律。研究结果表明：磨削SiC基体时，基体内裂纹易引发磨削中大块侧边崩碎；磨削纤维时，侧边崩碎宽度随纤维与磨削方向夹角的增大而增大；磨削90°纤维时，提高磨削速度可减小侧边崩碎程度；以50 m/s和90 m/s的磨削速度磨削造成的侧边崩碎宽度比以20 m/s磨削时的侧边崩碎宽度分别小30%和60%；在试验参数范围内，增大磨削用量不会增大磨削中侧边崩碎程度，但可以提高材料去除率。

介电泳效应平面抛光的电极同层布置方式数值仿真与实验

邓乾发, 程军, 吕冰海, 袁巨龙, 王旭, 岑凯迪,

2022, 33(15): 1772-1779，1793. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.002

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针对化学机械平面抛光（CMPP）过程中，抛光液受抛光盘旋转离心力作用，抛光液有效利用率低、在抛光盘表面分布不均，从而影响平面抛光效率和质量的问题，提出了一种电极同层布置方式的介电泳平面抛光方法（SLAE-DEPP）。采用COMSOL Multiphysics对电极同层布置方式下封闭式圆环电极和非封闭式圆环电极的电势变化和电场强度平方梯度变化进行仿真，仿真结果表明，非封闭式圆环电极方式的电场强度平方梯度在半径ρ方向和角度θ方向都存在变化，在开口处最大电场强度平方梯度变化约为封闭式电极方式电场强度平方梯度变化的1.5倍。采用非封闭圆环电极同层布置方式制作抛光盘，搭建实验平台进行抛光实验，实验结果表明，与传统CMPP抛光相比，SLAE-DEPP方式抛光直径为76.2 mm硅片，抛光6 h后，工件中心处表面粗糙度Ra从初始690 nm下降到1 nm以下，工件平面度（RMS值）为0.268 μm，工件材料去除率（MRR）提高了近27.3%，工件表面去除均匀达到镜面，抛光效率和抛光质量均优于传统CMPP方式。

激光与电火花复合修整粗粒度弧形金刚石砂轮试验研究

陈根余, 戴隆州, 李明全, 袁尚勇

2022, 33(15): 1780-1786. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.003

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因受到激光高斯光束特性的影响，辐照在砂轮表面上的光斑大小和激光能量都跟随修整路径变化，难以实现高精度的弧形金刚石砂轮的修整，为此，提出采用激光粗修整和电火花精修整的复合修整方法。先用激光修整高效去除多余磨料层来得到弧形轮廓，再用一高精度弧形电极匹配该轮廓进行电火花修整，得到较高精度的弧形砂轮。在粒度为120的金刚石砂轮上试验修整半径为13 mm的弧形轮廓，最终修整出的弧形轮廓半径为13.006 mm，轮廓误差PV值为10.90 μm。最后，通过磨削氧化铝陶瓷验证了砂轮修整效果。检测磨削工件的弧形轮廓拟合半径为13.012 mm，轮廓误差PV值为11.33 μm。

多孔钎焊砂轮的制备及SiC陶瓷磨削试验研究

刘伟, 毛国安, 严灿, 李博鑫,

2022, 33(15): 1787-1793. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.004

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基于模压成形和真空固相烧结工艺，选用Cu-10Sn结合剂、经氧化预处理的TiH2钎焊造孔剂、MBD8金刚石磨粒，制备出磨粒把持力大、孔隙分布均匀的多孔钎焊金刚石砂轮（PBDGW）。开展PBDGW与多层钎焊金刚石砂轮（MBDGW）的SiC陶瓷磨削对比试验，从磨削力、工件表面粗糙度和表面/亚表面形貌等方面分析砂轮的磨削性能。试验结果表明：与MBDGW相比，PBDGW磨削SiC陶瓷的切向力下降了8.4%～23.6%、法向力下降了10.2%～38.6%，磨削加工表面粗糙度平均降幅为10.4%；工件表面完整性较好，表面/亚表面的脆性断裂、微观裂纹等缺陷较少。

拟稳态条件下AA6061铝合金和TC4钛合金的电化学清理磨削

高宾华, 何训, 王其荣, 金滩, 尚振涛

2022, 33(15): 1794-1802，1809. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.005

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电化学清理磨削工艺（ECCG）可有效解决延塑性金属磨削时的砂轮黏附问题，该工艺成功应用的关键是使砂轮表面黏附物的形成率与其电解率相平衡。基于电化学原理和磨削机理分析，提出一种利用电解电流定量评估砂轮黏附率的新方法，确定了不同磨削参数下ECCG工艺所需的工作电压。在拟稳态条件下，利用该工艺对AA6061铝合金和TC4钛合金工件进行磨削加工。研究结果表明，ECCG工艺具有较强的可扩展性，可用于加工大型延塑性金属零件。

光纤法珀式SiC耐高温压力传感器的制造与测试

盛天宇, 李健, 李鸿昌, 蒋永刚

2022, 33(15): 1803-1809. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.006

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针对高温环境下压力参数的原位测试需求，基于碳化硅（SiC）材料优异的耐高温特性，研制了一种光纤法珀式全SiC结构耐高温压力传感器。采用超声振动铣磨的加工方法制备了表面粗糙度Ra约11.9 nm的SiC传感膜片。利用SiC晶片氢氟酸辅助直接键合技术，实现SiC传感膜片与SiC基板的高强度气密性键合。搭建了高温压力测试系统，对制备的SiC耐高温压力传感器样机进行了高温环境下的性能测试。结果表明，该传感器能够实现600 ℃高温环境下 0~4 MPa范围内的压力测量；600 ℃下传感器的压力灵敏度达到104.42 nm/MPa，具有较高的线性度，R2＞0.99。

面向核心问题的系统原因识别方法与创新设计研究

杨桄, 李文强, 万昌富,

2022, 33(15): 1810-1820. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.007

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针对传统的创新设计方法在解决多冲突问题时，通常只能解决某一对冲突的现状，提出一种面向核心问题的系统原因识别方法，该方法可实现对多冲突问题的求解。通过质量屋获得产品设计中的冲突关系并从中选取核心问题，采用根因分析法获得各核心问题的系统原因；建立核心问题与系统原因间的关系网络图，采用最佳最差法获得各系统原因的重要度并依次开展创新设计；通过对系统原因的求解从而实现对多组冲突问题的求解。以浮置板隔振器设计为例，验证了该方法的可行性与有效性。

基于临界面理论的多轴等效应变疲劳寿命预估模型

刘俭辉, 赵贺, 冉勇, 李斌

2022, 33(15): 1821-1827. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.008

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针对等效应变模型未考虑非比例附加强化影响这一不足，将最大剪切应变幅所在平面定义为临界面，引入剪切平面上的最大正应力、正应变变程以及相位差作为损伤参量来反映非比例加载条件下的附加强化效应，该损伤参量还考虑了临界面上的最大正应力和正应变变程对材料裂纹萌生和扩展的影响。采用16MnR、GH4169、S460N、45钢和Pure Ti五种薄壁圆管试件来验证模型的正确性和有效性，并与三种经典模型进行对比分析，结果表明，新模型的预估能力要优于其他三种模型，且寿命预测结果较为精确。

三自由度微扰下箔片端面气膜密封动态特性分析

王庆港, 陈源, 彭旭东, 李运堂, 李孝禄, 王冰清, 金杰

2022, 33(15): 1828-1840. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.009

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提出一种新型箔片端面气膜密封方式，基于气体润滑与弹性力学理论，应用小扰动法建立箔片端面气膜密封的微扰膜压控制方程。对比分析了不同箔片变形力学模型下的动态特性系数变化规律，探究了不同工况及结构参数对气膜动态特性的影响规律，以最大动态主刚度和阻尼作为综合优化目标，确定了结构参数的优选范围。结果表明：随着激振频率、转轴转速的提高，气膜动态主刚度与动态主阻尼的动态互补变化，抑制了润滑膜厚的激变，同时作为气膜不稳定诱因的动态交叉系数的变化放缓，降低了因工况突变引起气膜振荡、失稳的风险；此外，介质压力的增大能够显著提升密封维稳、抗振性能。当楔形高度取5～8 μm，节距比取0.2～0.4，箔坝比取0.5～1.1，箔片数取4～6，箔片结构阻尼取5×107～8×107 Pa·s/m时，箔片端面气膜密封综合动态抗扰性能较优。

一种不同工艺条件下刀具磨损状态多类域适应迁移辨识方法

史珂铭, 邹益胜, 刘永志, 丁昆, 丁国富

2022, 33(15): 1841-1849. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.010

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在新的工艺条件下，针对采用历史工艺条件进行训练的刀具磨损状态辨识模型识别准确率低的问题，提出了一种基于迁移学习的跨工艺条件刀具磨损状态辨识模型。构建卷积神经网络提取刀具样本可迁移特征，利用最大均值差异测量不同工艺条件下刀具样本分布差异，通过类间-类内距离约束提升源域特征的样本距离，对目标域数据概率矩阵采取最大化核范数的策略，以提取区分性高的目标域样本故障特征。以铣刀加工试验为例验证了模型的有效性，模型的平均辨识准确率为96.8%，比没有类间-类内距离约束与最大化核范数的方法平均辨识准确率提升4.9%。

名义代价期望目标下的智能车辆困境避险规划

张荣珅, 王玉田, 胡荣权, 杨灵芳, 黄智

2022, 33(15): 1849-1856. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.011

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提出了一种基于冲突伤害名义代价的避险规划方法。综合碰撞伤亡代价、法规、伦理和冲突不确定等因素，在伦理调查基础上建立对冲突各方中人的伤害名义代价模型。以名义代价期望为目标函数，车辆物理系统限制为约束条件，构建两难困境下的轨迹规划问题。采用暖启动数值优化的分层优化算法对规划问题求解。设计了两难困境仿真场景，仿真实验表明，提出的方法给出了符合公众预期的避险规划。

微流控技术在机械工程-生命科学交叉领域的应用

满佳, 华泽升, 夏荷, 李建勇, 李方义, 李剑峰,

2022, 33(15): 1857-1868. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.012

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以微流控技术为研究对象，介绍了微流控芯片的制备材料及工艺，阐述了微流控技术在生命科学交叉领域的应用，主要从生物检测、体外结构仿生制造及可控释放的药物载体制备三方面展开介绍；从芯片结构设计及制备、功能模块集成、过程调控等方面入手，探讨了所涉及的关键技术；展望了微流控技术在机械工程-生命科学交叉领域的应用前景。

受生物启发的扑翼飞行器弹跳机构概念设计

马东福, 宋笔锋, 薛栋, 宣建林

2022, 33(15): 1869-1875，1889. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.013

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针对扑翼飞行器自主起降能力缺失、严重影响其适用场景的问题，开展了仿生弹跳机构设计研究。对鸟类跳跃起飞过程中典型的运动状态进行分析，结合其各阶段的后肢骨骼结构、重心、力、速度等运动变化规律，对扑翼飞行器弹跳起飞动态过程进行了设计。基于鸟腿的骨骼解剖学结构，设计了闭链齿轮-五杆仿鸟腿弹跳机构，并基于D-H法推导出弹跳机构运动学方程，利用拉格朗日方程建立了弹跳机构起跳阶段的动力学方程。对弹跳机构进行了详细结构设计，采用ADAMS对简化的弹跳模型进行了仿真分析。仿真结果显示，借助该仿生弹跳机构，扑翼飞行器系统质心速度达到8.4 m/s，大于“信鸽”飞行器起飞所需的速度7.9 m/s，具备弹跳起飞的可能性。

连退机组焊接质量影响模型及其影响因素的研究

张文军, 张燕东, 林威, 翟乾俊, 白振华,

2022, 33(15): 1876-1881. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.014

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针对连退机组焊机焊接带钢过程中焊接参数无法完成优化配置、技术人员无法定量分析焊接质量的问题，考虑连退机组焊机的设备与工艺特点，在分析焊接质量综合影响模型的基础上，选择典型规格带钢，对碾压轮压力、焊机压力、焊接电流、搭接量、焊接速度等影响焊接质量的因素进行了定量分析。通过调整上述因素，使焊接质量综合目标函数值控制在一定范围内，进而获得焊接参数的浮动范围，并根据最优焊接工艺参数进行现场验证，满足了工厂带钢焊接质量需求。同时，将该连退机组焊接质量综合影响模型应用于国内某连退机组焊机实践生产，开发了相应软件，提高了机组的带钢生产效率与成品带钢的焊接质量预报精度。

湿式双离合器拖曳力矩算法及其应用

刘波, 张新桂, 石兴磊, 余子林, 钟振远, 李佳

2022, 33(15): 1882-1889. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.015

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以某湿式双离合器总成为研究对象，分析了湿式双离合车辆在空挡（N挡）、驻车（P挡）怠速、蠕行过程中，离合器的输出扭矩变化机理；通过搭建输出扭矩的数学模型，得出了离合器片间隙润滑油膜的当量半径、峰值力矩、临界转速的理论计算公式，阐明了三者相互影响的动态关系；结合实验数据，论证了该模型的准确性，运用该模型可减小输出端扭矩波动、拖曳力矩和临界转速。

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2022, 33(15): 1890.

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